Messa in sicurezza di un ponte soggetto a cedimenti differenziali delle fondazioni. Come fare la scelta ottimale

Ponte Don Acciai - Un sostanziale intervento di ripristino progettato con la nuova tecnologia BIM

Viene qui presentata la soluzione progettuale relativa alla messa in sicurezza del Ponte Don Acciai, ubicato a Genova, nella località denominata “Lagaccio”, consistente nella demolizione e ricostruzione della parte centrale dell’opera.

Il ponte Don Acciai, la cui realizzazione risale all’anno 1975, è costituito da 5 campate con schema a travi Gerber ed è interamente realizzato in calcestruzzo armato. Esso è ubicato all’interno del sedime dell’ex lago del Lagaccio ed è fondato su micropali, all’interno di un’area interessata da ricoprimenti di materiale di riporto.

A causa di ulteriori riempimenti di materiale sciolto che, successivamente alla realizzazione, si sono succeduti negli anni, e del conseguente aggravio dei carichi sulle fondazioni indirette, si sono manifestati cedimenti differenziali che hanno gravemente compromesso la porzione centrale dell’opera, nella zona compresa tra le due selle Gerber.

La parte di nuova costruzione, prevede, in sostituzione della seconda e terza pila, un’unica pila centrale, dotata di sbalzi su cui ritrovano appoggio le bielle.

La progettazione è stata sviluppata con metodologia digitale a partire dal rilievo fino all’allestimento di cantiere.

Figura 1: Vista 3D del Ponte Don Acciai estratta da google maps 

Le indagini e i monitoraggi

Il Ponte Don Acciai è interessato da uno stato deformativo visibile ad occhio nudo, dovuto ad un abbassamento e ad una rotazione della seconda e della terza pila lato ponente.
La struttura era da tempo sotto osservazione e, a partire dall’anno 2012, erano in corso monitoraggi sia topografici, sia inclinometri in foro e di superficie, in grado di seguire da vicino l’evolvere del degrado. Le risultanze delle misure più recenti, datate luglio 2018, hanno portato alla necessità di tempestiva chiusura al transito.
I risultati dei monitoraggi avevano infatti evidenziato che il fenomeno dei cedimenti delle fondazioni delle pile n° 2 e n° 3 era in atto, e che esso si manifestava con componenti in direzione verticale z, longitudinale x e trasversale y provocando la rotazione delle pile stesse, e conseguentemente dell’impalcato.

Figura 2: Vista dell'impalcato con evidenza degli effetti del cedimento fondazionale 

Attività propedeutiche alla progettazione

In fase di progettazione definitiva, venivano condotte una serie di indagini integrative di tipo geologico-geotecnico sul terreno di fondazione, dalle quali emergeva con evidenza una situazione ben più gravosa di quella su cui si era basato il progetto preliminare, redatto alcuni anni prima.

Le mutate condizioni ambientali e il conseguente aggravamento della situazione statica del manufatto richiedevano di abbandonare la soluzione prospettata nel progetto preliminare e di ricercare tra le alternative possibili, la migliore scelta progettuale sia dal punto di vista tecnico, sia dal punto di vista economico e di cantierabilità.

Analisi delle varie problematiche

La prima difficoltà insita nella ricerca della migliore soluzione era rappresentata proprio dalla coltre di riempimento caratterizzata, in alcuni punti, da uno spessore di oltre 12 metri e la cui rimozione avrebbe richiesto onerose movimentazioni di terre, significativi sostegni provvisionali e conseguenti interventi di smaltimento e/o risistemazione. Inoltre la presenza, in prossimità della seconda pila lato ponente, di una tombinatura di dimensioni significative, adiacente ai micropali esistenti, costituiva un elemento fortemente condizionante nello sviluppo del progetto del ponte. La situazione era ulteriormente aggravata dalla condizione di degrado strutturale riscontrata sulla tombinatura.
Un altro aspetto delicato e condizionante nella scelta era costituito dalla difficoltà di accessibilità del cantiere, da posizionarsi a monte dell’infrastruttura, in una zona fortemente urbanizzata, con vie d’accesso a carreggiata ristretta e con un punto singolare rappresentato da un sottopasso ferroviario di limitata altezza.

Figura 3: Prospetto longitudinale con rappresentazione delle coltri di riempimento ed evidenziazione della tombinatura in adiacenza alla seconda pila

Attraverso analisi visive, accompagnate da un’indagine fotografica e da un rilievo aerofotogrammetrico eseguito con drone, sono state acquisite le informazioni sullo stato effettivo del manufatto. È così emerso che le pile centrali (n° 2 e n° 3) presentavano fessurazioni giustificabili con una elevata sollecitazione flessionale nel piano di minor rigidezza.
L’osservazione delle fessure con giacitura a 45° sulla pila 3 denotava la presenza di fenomeni torsionali in sommità della pila stessa.

Figura 4: Nuvola di punti

I movimenti subiti dall’impalcato erano resi evidenti dall’apertura dei giunti, i cui lembi risultavano in contatto nella campata di completamento fra le pile 1 e 2, mentre essi presentavano significativi distacchi in corrispondenza del giunto fra le pile 3 e 4.
Per interpretare la reale situazione deformativa-fessurativa osservata, a partire dagli elaborati originali relativi al progetto (datato 1973 a firma ing. Morando e ing. Villaggio), fu sviluppato un modello FEM con l’impiego del software Midas Civil.

Figura 5: Modello FEM ponte esistente

Su tale modello sono stati applicati, alla base delle pile, i cedimenti massimi rilevati, confrontando e verificando le deformazioni presenti sul manufatto con quelli del modello FEM e stimandone gli stati di sollecitazione conseguenti, che risultarono inaccettabili.
Tramite la procedura sopra descritta è stata trovata conferma che gli interventi considerati nel progetto preliminare non risultavano più idonei e che si configurava l’esigenza di procedere con nuove elaborazioni. 

Le possibili soluzioni

Le soluzioni alternative esaminate preliminarmente hanno riguardato sia l’ipotesi di ripristino della struttura esistente, sia quella della demolizione completa con sostituzione integrale del ponte. A tal fine sono state prese in esame e messe a confronto due soluzioni alternative:

• recupero della struttura esistente
• realizzazione di nuova opera a due campate con pila centrale

La soluzione a campata unica fu scartata perché troppo onerosa sia in termini economici, sia operativamente per quanto concerneva la sua realizzabilità, tenuto conto dei vincoli di accessibilità al cantiere.

Recupero della struttura esistente con interventi di rinforzo fondazionali e sull’impalcato

Gli interventi che sarebbero risultati indispensabili per soddisfare i requisiti di sicurezza di cui al capitolo 8 della NTC2008 comprendono:

Figura 6: Schema relativo alla prima proposta progettuale

Tale soluzione lascerebbe comunque irrisolti i problemi connessi con la movimentazione terre e con le possibili interferenze con l’adiacente tombinatura.

Realizzazione di una nuova opera

La soluzione presa in esame è una struttura a due campate con trave continua e appoggio intermedio. Lo schema prescelto consentirebbe di contenere i costi e di limitare le opere di fondazione, in modo da non modificare, se non in modo minimale, la conformazione attuale del terreno.

Figura 7: Tipologico relativo alla seconda soluzione proposta

L’impalcato, costituito da travi in acciaio ad anima piena e soletta collaborante in calcestruzzo, ha una larghezza pari a 10m (due corsie di 3.5m e due marciapiedi di 1.5m).

L’intervento prevederebbe:

• realizzazione ex-novo delle spalle, compatibili con i carichi dovuti al nuovo schema statico;
• realizzazione di una pila centrale in c.a. avente altezza libera pari a circa 10m, fondata su pali di grosso diametro intestati sul substrato roccioso posto a circa 30m di profondità.

Figura 8: Modello BIM della seconda proposta progettuale, vista assonometrica

Figura 9: Modello BIM della seconda proposta progettuale, pianta e sezioni della struttura

La soluzione di ricostruzione totale offrirebbe alcuni vantaggi rilevanti, quali l’eliminazione dei fattori di incertezza relativi agli interventi di consolidamento delle fondazioni e in particolare le interferenze con la tombinatura esistente.
La necessità tuttavia di dover intervenire con significativi rinforzi delle spalle avrebbe comportato l’interruzione per periodi significativi della viabilità locale sulla strada esistente, posta al di sotto della prima campata. 

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